RSim專業輻射與防護仿真軟件


RSim軟件是專業的輻射與防護仿真軟件,利用Geant4的蒙特卡洛方法作為底層,研究輻射在空間和物質中的傳輸,了解目標物體上的輻射沉積通量等關鍵信息,可以用于從核醫學到衛星屏蔽設計的各種行業,提供輻射損傷、輻射屏蔽和防護的分析能力。


1. Tech-X公司介紹

美國Tech-X公司由John R. Cary博士創立,總部設在美國科羅拉多州博爾德市,是專業的等離子技術軟件供應商。公司的產品和技術緊跟等離子體領域的科研成果,致力于創造能夠實現大規模計算以及更好理解物理過程的軟件產品,即在臺式機到超級計算機各類計算機系統上,均能實現與等離子體物理、聚變、加速器技術相關的物理系統和過程的模擬,以增加對復雜物理現象的認識。公司軟件與技術在美國多個國家級實驗室得到應用,并承擔了能源、國防、航天部門的多項課題。

Tech-X公司的產品主要包括電磁粒子仿真軟件VSim、電磁流體仿真軟件USim和輻射與防護仿真軟件RSim。

VSim是包含全電磁模型的粒子仿真軟件,是等離子體、微波與真空電子器件、脈沖功率與高電壓、加速器、放電等離子體等領域的尖端仿真工具。

USim軟件是專業的電磁流體仿真軟件,求解含化學反應的等離子體流體模型。可以仿真高能量密度等離子體、高超聲速磁流體、天體物理、熱等離子體與電氣工程等領域中的高端科研模型。

RSim軟件是專業的輻射與防護仿真軟件,利用Geant4的蒙特卡洛方法作為底層,研究輻射在空間和物質中的傳輸,了解目標物體上的輻射沉積通量等關鍵信息,RSim提供交互式的參數設置和可視化的用戶圖形界面。


2. RSim軟件功能

RSim起源于NASA的計算服務,目的是確定歐羅巴飛船(Europa Clipper)任務中使用的表面塵埃質量分析儀(SUDA)上的輻射水平和影響。此后開發了RSim以提供易用性、CAD可導入型和可視化能力。RSim可以用于從核醫學到衛星屏蔽設計的各種行業,提供輻射損傷、輻射屏蔽和防護的分析能力。

RSim使用Geant4(10.6.0版)的輻射傳輸模型,并提供交互式GUI來設置和運行Geant4模擬。模擬支持交互式建立的復雜幾何實體,也可用CAD文件導入幾何實體構型。內置了大量材料數據庫,仿真中可以設置粒子發射源為各種通用粒子源。提供基于Visit的三維后處理可視化工具分析數據。可以在Linux、Mac OS和Windows操作系統上運行。

RSim的特點和優勢包括:

  • 使用經過驗證的Geant4蒙特卡洛模擬模型;
  • 戶友好界面,使用戶無需直接編程Geant4代碼,只需要書寫RSim輸入文件;
  • 700多種預加載材料的豐富數據庫,可根據需要創建新材料;
  • 可導入多種CAD格式文件(STEP,GDML,H5M,STL);
  • 通過界面引入基本幾何體和各種邏輯操作操作創建復雜模型;
  • 可創建多種輻射源;
  • 能夠提供各種關鍵結果信息,如能量和劑量沉積、網格通量、碰撞率等;
  • 對數據提供三維可視化的定性和定量分析;
  • 允許工程師能夠輕松預測輻射效果,進行屏蔽計算,并評估在太空等惡劣環境中的可生存性。

RSim軟件可以用于:

                   核醫學                原子能和聚變能  放射性廢料管理                 太空任務

3. RSim軟件案例

3.1 人體輻射沉積

仿真并記錄單一電子源在人體模型中的輻射能量沉積。

3.2 人體屏蔽防護

此模型仿真研究被屏蔽在鋁制圓筒中的人頭部的輻射能量。離子源使用了歐羅巴任務中的JPL實驗室數據集,并根據積分通量的最大值和最小值進行了歸一化計算。本例演示了如何導入step文件,設置step文件各部分的材料屬性。

構建仿真模型的所有屬性和值都可以在Setup窗口中設置,如圖所示。可以展開元素樹并瀏覽各種屬性,進行想要的設置。右側窗口顯示了幾何模型的3D視圖(如果有的話),以及網格視圖(如果設置顯示的話)。


人體屏蔽案例設置窗口


仿真完成后,可以將人體和人體上的總能量沉積EnergyDepsit顯示出來。


人體屏蔽案例設置窗口


3.3 質子療法

對一個簡化的質子照射治療模型進行仿真。案例仿真一個簡化的人體骨骼,腫瘤嵌入脂肪組織,背部覆蓋皮膚。一束能量為90MeV的圓形質子束定位到腫瘤中心。沉積在皮膚、脂肪、腫瘤和軀干上的能量都會被記錄下來。素材使用了RSim中內置的ICRP模型。


質子治療案例的參數設置



能量沉積


3.4 空間輻射量計算

模型描述了如何建立一個典型的空間輻射環境的仿真模擬。

電磁閥的CAD模型


網格上能量沉積的可視化結果


空間輻射通常用微分通量和積分通量的表格來表示,如圖所示。

用微分通量和積分通量來指定空間輻射


 

 

 

 

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